[发明专利]一种具有分布式弹性结构的微镜

说明书

本发明涉及一种具有分布式弹性结构的微镜，包括：镜面，镜面支架，所述镜面支架环绕所述镜面设置，且所述镜面和镜面支架之间通过第一扭转轴相连；所述镜面和镜面支架关于所述扭转轴确定的旋转轴对称，并能够在外部驱动下绕所述旋转轴产生偏转；所述镜面支架外侧还环绕设置有外框架，所述镜面支架两侧设置有静梳齿结构；所述外框架内侧设置有与所述静梳齿对应的动梳齿结构，所述静梳齿结构和动梳齿结构构成梳齿对；所述镜面支架通过分布式弹性结构与所述第一外框架连接。基于本发明提供的结构，能够更加有效地抑制干扰模式，同时实现高频、大角度和低动态形变的机械扫描。

技术领域

本发明涉及微机电系统(MEMS:Micro-electromechanical Systems)技术领域，具体涉及一种具有分布式弹性结构的微镜。

背景技术

微镜是基于半导体微加工技术的光束偏转装置。由于具有体积小、扫描频率高和能耗低的特点，微镜在激光雷达、激光扫描投影、内窥镜和光开关等领域，拥有广泛的应用前景。其中激光雷达等应用对探测视场有很高的要求，这就需要微镜拥有充分的机械偏转角度。此外，为了实现更高的帧频和分辨率，微镜必须工作在高频模态。其次，过大的动态形变会导致出射激光光斑畸变，严重影响激光雷达的探测精度或扫描式投影的质量，通常要求微镜的最大动态形变不超过激光波长的十分之一。成熟的微镜芯片必须同时满足以上三个条件，对器件的设计和加工提出了很高的要求。

微镜的驱动手段分为多种，其中静电驱动微镜工艺简单、结构紧凑，具有最广阔的应用前景。但是传统的静电驱动微镜中，梳齿和镜面构成近似刚性的整体，拥有相同的偏转角度。该类微镜通常有两种设计：其一，动梳齿直接分布在镜面边缘，当偏转角度增大时，动静梳齿对的极板间距会迅速变大，致使驱动力矩不足，角度无法持续增加；而且动梳齿直接与镜面边缘相连，会显著增大微镜的动态形变。其二，动梳齿分布在与微镜相连的刚性连接体上，此时梳齿的数量受微镜总尺寸限制，电容极板面积有限，静电驱动力无法支撑高频、大角度扫描。除上述缺陷外，传统微镜设计中动梳齿与镜面一起进行高速振动，面临更大的空气阻尼。因此，传统的微镜结构难以同时满足高频、大角度和低动态形变的指标。

发明内容

为了解决现有技术中存在的技术问题，本发明提出一种微镜结构，旨在实现高频、大角度和低动态形变的机械扫描功能，其具体技术方案如下：

本发明的第一方面，提出一种具有分布式弹性结构的微镜，包括：镜面，镜面支架，所述镜面支架环绕所述镜面设置，且所述镜面和镜面支架之间通过第一扭转轴相连；所述镜面和镜面支架关于所述扭转轴确定的旋转轴对称，并能够在外部驱动下绕所述旋转轴产生偏转；所述镜面支架外侧还环绕设置有外框架，所述镜面支架两侧设置有静梳齿结构；所述外框架内侧设置有与所述静梳齿对应的动梳齿结构，所述静梳齿结构和动梳齿结构构成梳齿对；所述镜面支架通过分布式弹性结构与所述第一外框架连接。

进一步地，所述分布式弹性结构设置于所述镜面支架中央延伸出来的横梁上，其延伸方向与所述旋转轴垂直，并通过锚点与第一外框架连接。

进一步地，所述第一扭转轴包括线型扭转轴和环形支撑件，所述线性扭转轴的一端与所述镜面支架连接，所述线性扭转轴的另一端连接于所述环形支撑件的中部,所述环形支撑件的两个端点与所述镜面相连接，

进一步地，柔性扭转轴连接于镜面支架与固定锚点之间，用于支撑所述镜面支架和导电。

进一步地，所述静梳齿结构和动梳齿结构构成的梳齿对为垂直梳齿对或平面梳齿对。